Untersuchung des Potenzials zur Ener-gieeffizienzsteigerung von Industrieöfen durch Anpassung der Temperaturmes-sung und Ofenregelung beim Einsatz von reflektierenden Coatings für Ofenwände (VeRefCo)

Die Wärmeübertragung erfolgt in Thermoprozessanlagen oberhalb von 500 °C zum größten Teil über Strahlung. Sie wird wesentlich durch die spektralen Strahlungseigenschaften der Flamme, der Ofenwände, des Nutzgutes und der Ofenatmosphäre bestimmt. Die Wände des Ofengefäßes und des Nutzgutes strahlen überwiegend als graue Strahler. Die Auf-nahme und Abgabe von Strahlungswärme findet dabei im Wellenlängenbereich der Infra-rotstrahlung statt. Bei den betrachteten Prozessen ist der Wellenlängenbereich im Bereich von 0 -15 μm relevant. Die dominierenden strahlenden Bestandteile der Ofenatmosphäre sind Kohlendioxid und Wasserdampf, die jeweils in diskreten Banden strahlen. Der Strahlungsaustausch im Ofen ist ein komplexer Prozess, der mit den derzeit zur Verfügung stehenden Simulationswerk-zeugen nur unzureichend beschrieben werden kann. Flamme, Ofenwand, Ofenatmosphäre und Nutzgut emittieren und absorbieren Strahlung in unterschiedlichen Strahlungsbanden. Während bei Absorption der Strahlung an der Ofenwand die Strahlung wieder in temperatur- und materialabhängigen Wellenlängen emittiert wird, wird die Strahlung bei Reflexion genau in der Wellenlänge zurückgeworfen, in der sie auf die Wand getroffen ist. Eine hohe Refle-xion an der Ofenwand kann also die technisch bedeutenden Banden von CO2 und H2O zurückwerfen, bei denen das Nutzgut (Stahl) gut Strahlung absorbiert. Dies ist das zu Grunde gelegte Prinzip, welches hier durch reflektierende Coatings verfolgt werden soll, um die Aufheizung von Stahl in Industrieöfen zu beschleunigen und somit die Energieeffizienz der Nutzguterwärmung zu steigern. Im Rahmen dieses F&E-Vorhabens wurde das Potenzial eines strahlungsreflektierenden Coatings für Ofenwände für Effizienzsteigerungen untersucht. Hierzu wurde der Einfluss eines reflektierenden Coatings auf Erwärmungsprozesse unter Versuchsbedingungen un-tersucht. Mit überraschender Deutlichkeit konnte gezeigt werden, dass die Reflexion der Ofenwände oberhalb von Temperatur von 1.000°C einen sehr hohen Einfluss auf die Durchwärmung von Stahlblöcken hat. Im Technikumsversuch konnten Stahlblöcke 25 % schneller und bei niedrigerer Gaszufuhr erwärmt werden.